(57)【要約】【課題】  モータが周期的に通常運転、ロック状態を繰り返す用途、または、通常運転ではあるがモータ動作の回転角が小さい用途においても、簡単な構成によりモータ制御装置のインバータ部に使用される半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  所定の電流位相設定値に応じて、ドライブ信号とゲートドライブ信号との相関を切り替えるドライブ信号切替部６０と、インバータ部２０とモータ２００との接続経路途中に配置し、制御部５０からの切替信号７１に基づいて、前記インバータ部２０と前記モータ２００との接続相順を切り替える相順切替部７０と、を備えた。【選択図】図１
2010124635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子を有してモータに電力を供給するインバータ部と、前記モータの回転角度を検出する位置検出器からのモータ位置に基づいて、前記モータに印加する電流位相を算出して前記電流位相に応じたドライブ信号を出力する制御部と、を備え、前記ドライブ信号に応じたゲートドライブ信号により前記半導体スイッチング素子を駆動するモータ制御装置において、
所定の電流位相設定値に応じて、前記ドライブ信号と前記ゲートドライブ信号との相関を切り替えるドライブ信号切替部と、
前記インバータ部と前記モータとの接続経路途中に配置し、前記制御部からの切替信号に基づいて、前記インバータ部と前記モータとの接続相順を切り替える相順切替部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記ドライブ信号切替部の切り替えと前記相順切替部の切り替えとの相関関係を保つように、前記電流位相設定値の設定に連動して前記切替信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流位相設定値が、通常運転時の前記電流位相である基準位相と、前記基準位相に対して１２０°進み位相と、前記基準位相に対して１２０°遅れ位相と、のいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置のインバータ部に使用される半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことを目的としたモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のモータ制御装置は、「モータ制御システムに関し、モータのロック時において、モータにｄ軸電機子電流を流すことによりインバータ部の寿命を延長させるもの」であって、「モータがロックされる用途において、該ロック時にモータにｄ軸電機子電流ｉｄ を流すことによりインバータ部の各スイッチング素子の電力損失をできるだけ均一するモータ制御システムを提供することを目的」とするものであり、「モータに三相交流電圧を印加させるスイッチング手段を有するインバータ部と、前記モータのロック状態を検出すると共に、検出したことによりロック検出信号を発生するロック検出手段と、前記ロック検出信号に基づいて、前記モータに流れる電流が最も大きい相の電流の絶対値が減少するように前記モータにｑ軸電機子電流を一定に維持したままｄ軸電機子電流ｉｄ を増加又は減少させる電流制御手段と、を備えたことを特徴」としている。
【０００３】
図５は、従来技術のモータ制御装置の概略構成図である。図において、１００はモータ制御装置、２００はモータ、３００は位置検出器、１０はコンバータ部、２０はインバータ部、３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは電流センサ、４０はドライブ部、５０は制御部である。
コンバータ部１０は、三相交流電圧を直流電圧に変換する部分であり、三相交流電圧を直流電圧に変換させるダイオードと直流電圧の脈動分を平滑させるコンデンサを有している。インバータ部２０は、直流出力を交流電流に変換してモータ３００に電力を供給する部分であり、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有している。制御部５０は、制御演算等を行なうＣＰＵ５１、制御パラメータ等を記憶するＲＡＭ５２、ＣＰＵ５１により実行される制御プログラムを記憶するＲＯＭ５３、位置検出器３００及び電流センサ３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗの各検出値を入力する入力Ｉ/Ｆ５４と、ドライブ信号等を出力する出力Ｉ／Ｆ５５と、を有している。ドライブ部は、出力Ｉ／Ｆ５５からのドライブ信号を入力し、各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へのゲートドライブ信号を出力するものである。
【０００４】
従来技術のモータ制御装置は、例えば、モータにより駆動された可動金型を固定金型に周期的に開閉動作させることが行われているような電動射出成形機に用いることを前提としたものであり、このような開閉動作では、閉成時には、可動金型と固定金型とが押圧されてモータがロック状態となり、開放時には、可動金型が移動することによりモータが運転する状態、すなわち、モータが周期的に運転、ロック状態を繰り返す用途において、成されたものである。
また、従来技術のモータ制御装置は、前述の用途の場合、ロック状態では特定の相または半導体スイッチング素子ばかりに電力損失が集中するという問題点を鑑みて、ロック状態を検出した際に、モータに流れる電流が最も大きい相の電流の絶対値が減少するようにモータにｑ軸電機子電流を一定に維持したままｄ軸電機子電流ｉｄ を増加又は減少させるのである。
【０００５】
従来技術のモータ制御装置は、概ね、次の通り処理されるものである。
先ず、ＣＰＵ５１は、運転開始指令が制御部５０に入力されると、この運転開始指令を検出し、インバータ部２０からモータ２００に三相交流電圧が印加されて、ｄ軸電機子電流ｉｄ ＝０としてモータ２００を回転し、システムの所定の動作によりモータ２００がロックされる。次に、ＣＰＵ５１は、モータ２００の回転角度θを位置検出器３００により入力Ｉ／Ｆ５４を介して検出し、所定時間回転角度θに所定角度変化がないこと検出すると、モータ２００がロックしたと判断してロック検出信号を発生し、位置検出器３００のモータ２００の回転角度θを読み込み、モータ２００の磁極位置θｒ を角度θ×モータ２００の極対数によって演算して求める。次に、ＣＰＵ５１は、磁極位置θｒ に基づいて所定のｄ軸電機子電流Ｉｄ を求めてインバータ部２０からモータ２００にｄ軸電機子電流Ｉｄ をも流すのである。
すなわち、モータ２００に流れる三相のうち、他の一相よりも大きい二相の電流の絶対値をほぼ同じにするようにモータ２００にｄ軸電機子電流Ｉｄ を流すように制御する。これにより、モータ２００がロック状態でも、モータ２００の特定の相に大きな電流が流れることがなくなり、特定の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の電流が増加することがなくなり、インバータ部２０の寿命が延びるのである。
【特許文献１】特許第４０２３４４６号（第２−５頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術のモータ制御装置は、通常運転とは異なる状態、すなわちロック状態を検出した場合にのみ適用されるものであって、通常運転ではあるがモータ動作の回転角が小さい用途の場合にも、特定の相または半導体スイッチング素子ばかりに電力損失が集中するという問題点には何ら解決する手段は開示されていない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータが周期的に通常運転、ロック状態を繰り返す用途、または、通常運転ではあるがモータ動作の回転角が小さい用途においても、簡単な構成によりモータ制御装置のインバータ部に使用される半導体スイッチング素子の寿命を延ばすことができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、半導体スイッチング素子を有してモータに電力を供給するインバータ部と、前記モータの回転角度を検出する位置検出器からのモータ位置に基づいて、前記モータに印加する電流位相を算出して前記電流位相に応じたドライブ信号を出力する制御部と、を備え、前記ドライブ信号に応じたゲートドライブ信号により前記半導体スイッチング素子を駆動するモータ制御装置において、所定の電流位相設定値に応じて、前記ドライブ信号と前記ゲートドライブ信号との相関を切り替えるドライブ信号切替部と、前記インバータ部と前記モータとの接続経路途中に配置し、前記制御部からの切替信号に基づいて、前記インバータ部と前記モータとの接続相順を切り替える相順切替部と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記制御部が、前記ドライブ信号切替部の切り替えと前記相順切替部の切り替えとの相関関係を保つように、前記電流位相設定値の設定に連動して前記切替信号を出力することを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記電流位相設定値が、通常運転時の前記電流位相である基準位相と、前記基準位相に対して１２０°進み位相と、前記基準位相に対して１２０°遅れ位相と、のいずれか１つであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１乃至３に記載の発明によると、モータが周期的に通常運転、ロック状態を繰り返す用途、または、通常運転ではあるがモータ動作の回転角が小さい用途においても、容易にモータ制御装置のインバータ部に使用される半導体スイッチング素子のパワーサイクル等の寿命を延ばすことができ、半導体スイッチング素子間の電力を平均化することができ、また特定の半導体スイッチング素子が他の半導体スイッチング素子よりも早期に故障することを防止することができ、更にモータ制御装置自体の製品寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明のモータ制御装置の概略構成図である。図において、従来技術のモータ制御装置（図５）と同一の符号を付した構成は、同一の作用効果を奏するものであるため詳細な説明は省略する。４００は本発明のモータ制御装置、５６は出力Ｉ／Ｆ、６０はドライブ信号切替部、７０は相順切替部、７１は切替信号である。なお、本発明が従来技術と異なる部分は、ドライブ信号切替部６０と相順切替部７０を備えた部分であって、制御部５０における出力Ｉ／Ｆ５６が相順切替部７０へ切替信号７１を出力、およびドライブ信号切替部６０へ後述する電流位相設定値を出力する部分である。
【００１１】
図２はドライブ信号切替部６０の概略構成図、図３はドライブ信号切替部６０の真理値表、図４は相順切替部７０の概略構成図である。
図２において、ドライブ信号切替部６０は、制御部５０における出力Ｉ／Ｆ５６からのドライブ信号ｑ１〜ｑ６、および電流位相設定値（基準位相／１２０°進み／１２０°遅れ）を入力し、これら入力信号に基づいて半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にゲートドライブ信号ｑ１Ｂ〜ｑ６Ｂを出力する。
図３において、例えば、電流位相設定値が基準位相であった場合、ドライブ信号切替部６０は、ｑ１Ｂ＝ｑ１，ｑ２Ｂ＝ｑ２，ｑ３Ｂ＝ｑ３，ｑ４Ｂ＝ｑ４，ｑ５Ｂ＝ｑ５，ｑ６Ｂ＝ｑ６、を出力する。ここで、ｑ１Ｂ，ｑ２Ｂはモータ２００のＵ相と接続される半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へのゲートドライブ信号、ｑ３Ｂ，ｑ４Ｂはモータ２００のＶ相と接続される半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４へのゲートドライブ信号、ｑ５Ｂ，ｑ６Ｂはモータ２００のＷ相と接続される半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６へのゲートドライブ信号、に相当する。
すなわち、電流位相設定値が基準位相であった場合、インバータ部２０におけるＵ相の半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２には、モータ２００のＵ相のゲートドライブ信号ｑ１Ｂ，ｑ２Ｂが出力され、同様に、インバータ部２０におけるＶ相の半導体スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４には、モータ２００のＶ相のゲートドライブ信号ｑ３Ｂ，ｑ４Ｂが出力され、インバータ部２０におけるＷ相の半導体スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６には、モータ２００のＷ相のゲートドライブ信号ｑ５Ｂ，ｑ６Ｂが出力される。
【００１２】
電流位相設定値が基準位相であった場合、モータが周期的に通常運転、ロック状態を繰り返す用途、または、通常運転ではあるがモータ動作の回転角が小さい用途では、前述のように特定の相または半導体スイッチング素子ばかりに電力損失が集中するため、パワーサイクル寿命等の制限により、特定の相または特定の半導体スイッチング素子の寿命が、他の相または他の半導体スイッチング素子の寿命より短くなるという問題点があった。
このような問題点に鑑みて、本発明のモータ制御装置は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６とモータ２００の各相との接続を相順切替部７０により切り替えると共に、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へのゲートドライブ信号ｑ１〜ｑ６も相順切替部７０の切り替えと連動して切り替えるものである。
すなわち、電流位相設定値が基準位相であった場合、Ｕ相の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とモータ２００のＵ相、Ｖ相の半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とモータ２００のＶ相、Ｗ相の半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６とモータ２００のＷ相、という接続であったところ、例えば、電流位相設定値を１２０°進みとした場合、Ｕ相の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とモータ２００のＶ相、Ｖ相の半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とモータ２００のＷ相、Ｗ相の半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６とモータ２００のＵ相、という接続に切り替えると共に、Ｕ相の半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にはＷ相のゲートドライブ信号ｑ３Ｂ，ｑ４Ｂ、Ｖ相の半導体スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４にはＷ相のゲートドライブ信号ｑ５Ｂ，ｑ６Ｂ、Ｗ相の半導体スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６にはＵ相のゲートドライブ信号ｑ１Ｂ，ｑ２Ｂ、を与えるようにするのである。
したがって、電流位相設定値が基準位相であった場合、Ｕ相に電力が集中していたとすると、前述のような電流位相設定値の切り替えにより、電力の集中がＶ相に切り替わるのである。
【００１３】
図４において、７２〜７３はマグネットスイッチ（電磁接触器）である。なお、マグネットスイッチ７２〜７３は、双方向半導体スイッチング素子であってもよい。制御部５０における出力Ｉ／Ｆ５６からの所定の切替信号７１に基づいて、マグネットスイッチ７２〜７３のうちいずれか１つがオンするものである。切替信号７１は、電流位相設定値と連動した信号であって、例えば、電流位相設定値が基準位相であった場合、マグネットスイッチ７２がオン、マグネットスイッチ７３，７４がオフするように、切替信号７１は出力されるのである。
電流位相設定値が基準位相の場合、ＵＤとＵＭ、ＶＤとＶＭ、ＷＤとＷＭを接続することにより、インバータ部２０のＱ１、Ｑ２でＵＭ、Ｑ３、Ｑ４でＶＭ、Ｑ５、Ｑ６でＷＭの巻線電流を制御し、電流位相設定値が１２０°進み設定の場合、ＵＤとＶＭ、ＶＤとＷＭ、ＷＤとＵＭを接続することにより、インバータ部２０のＱ１、Ｑ２でＶＭ、Ｑ３、Ｑ４でＷＭ、Ｑ５、Ｑ６でＵＭの巻線電流を制御し、電流位相設定値が１２０°遅れ設定の場合、ＵＤとＷＭ、ＶＤとＵＭ、ＷＤとＶＭを接続することにより、インバータ部２０のＱ１、Ｑ２でＷＭ、Ｑ３、Ｑ４でＵＭ、Ｑ５、Ｑ６でＶＭの巻線電流を制御することになる。
なお、電流位相設定値は、例えば、モータが周期的に通常運転、ロック状態を繰り返す用途ではロック状態時に変更すればよく、通常運転ではあるがモータ動作の回転角が小さい用途では定期的に変更すればよく、すなわち、電流位相設定値の変更は適宜変更すればよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のモータ制御装置の概略構成図
【図２】本発明のドライブ信号切替部の概略構成図
【図３】本発明のドライブ信号切替部の真理値表
【図４】本発明の相順切替部の概略構成図
【図５】従来技術のモータ制御装置の概略構成図
【符号の説明】
【００１５】
１００、４００  モータ制御装置
１０  コンバータ部
２０  インバータ部
３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗ  電流センサ
４０  ドライブ部
５０  制御部
５１  ＣＰＵ
５２  ＲＡＭ
５３  ＲＯＭ
５４  入力Ｉ／Ｆ
５５、５６  出力Ｉ／Ｆ
６０  ドライブ信号切替部
７０  相順切替部
７１  切替信号
７２、７３、７４  マグネットスイッチ
２００  モータ
３００  位置検出器
Ｑ１〜Ｑ６  半導体スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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